автореферат диссертации по электронике, 05.27.01, диссертация на тему:Разработка и исследование технологии формирования наноструктур на основе нитридов элементов III группы

00500ьт^

На правах рукописи

Царик Константин Анатольевич

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ФОРМИРОВАНИЯ НАНОСТРУКТУР НА ОСНОВЕ НИТРИДОВ ЭЛЕМЕНТОВ III ГРУППЫ

Специальность: 05.27.01- твердотельная электроника, радиоэлектронные компоненты, микро- и наноэлектроника, приборы на

квантовых эффектах

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва - 2011

1 5 ДЕК 2011

005006123

Работа выполнена в Национальном исследовательском университете "МИЭТ" в научно-образовательном центре «Зондовой микроскопии и нанотехнологий».

Научный руководитель: доктор физико-математических наук,

профессор Владимир Кириллович Неволин

Официальные оппоненты: доктор технических наук,

профессор Добрынин Андрей Витальевич

доктор технических наук,

профессор Вигдорович Евгений Наумович

Ведущая организация: ЗАО «Элма-Малахит»

Защита диссертации состоится «2£» ^сй^дЛ2011 года в /£с'°часов на заседании диссертационного совета Д212.134.01 в ауд. 3103 Национального исследовательского университета МИЭТ по адресу: 124498, Москва, г.Зеленоград, проезд 4806, д.5, МИЭТ.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Национального исследовательского университета МИЭТ.

Автореферат разослан «_££_» 2011 г.

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н., профессор

Крупкина Т.Ю.

Общая характеристика работы

Актуальность темы

Уникальные свойства нитридов металлов третьей группы делают их очень перспективными для создания на их основе электронных, оптоэлектронных и акустоэлектронных приборов. Ширина запрещенной зоны этих полупроводниковых материалов в два-пять раз больше, чем у традиционных полупроводниковых материалов (кремния и арсенида галлия). Кроме того, у них выше поле пробоя и теплопроводность. Уникальный комплекс физико-химических свойств этих материалов позволяет существенно улучшить технические характеристики современных приборов: повысить эффективность светодиодов и лазеров и расширить спектр их излучения в фиолетово-голубую и ближнюю УФ область спектра, многократно повысить допустимую мощность полевых транзисторов и интегральных схем (ИС) на их основе при сохранении быстродействия. Помимо перспективных функциональных характеристик приборы на основе этих материалов могут стабильно работать в более широком диапазоне температур и уровня радиации, чем кремниевые и арсенид галлиевые приборы.

При выращивании гетероструктур на основе нитридов металлов третьей группы существует ряд проблем, основной из которых является отсутствие дешевых подложек из нитридов металлов третьей группы. Это приводит к необходимости выращивать данные материалы на подложках, в той или иной мере рассогласованных по параметрам кристаллической решетки и коэффициентам термического расширения.

Основными методами выращивания гетероструктур на основе нитридов металлов Ш группы являются газофазная эпитаксия из металлорганических соединений (МОГФЭ, metal organic chemical vapor deposition - MOCVD) и молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ, molecular beam epitaxy - МВЕ). Эпитаксиальный рост нитридов на подложках из других материалов, несмотря на применение специальных процедур на начальных стадиях роста, приводит к достаточно высокой плотности дислокаций, что усложняет задачу получения гетероструктур для элементов электроники. Типичные значения плотности дислокаций в нитриде галлия методами МОГФЭ и МЛЭ составляют Ю8-1010 см'2.

Для решения технологических и конструктивных вопросов создания новых приборов на основе наноразмерных структур применяется принципиально новый отечественный

многофункциональный нанотехнологический комплекс «Нанофаб-100», имеющий в своем составе установку молекулярно-лучевой эпитаксии

для выращивания гетероструктур на основе нитрида галлия, атомно-силовой микроскоп и колонну фокусированного ионного пучка. Все эти установки объединены в единый комплекс, позволяющий выращивать гетероструктуры, изготовлять и контролировать активные и пассивные наноразмерные элементы приборов и схем, не проводя разгерметизацию и извлечение подложки. После разработки лабораторных методик формирования наноэлементов «Нанофаб-100» может стать базовым отечественным технологическим оборудованием для создания приборов нового поколения.

Наличие в комплексе устройств, позволяющих проводить нанолитографические процессы на структурах, открывает новые перспективы в значительном повышении частотного диапазона приборов.

Помимо решения важных прикладных задач, широкозонные материалы представляют большой интерес и для физики твердого тела. Создание квантово-размерных систем на их основе позволит выявить новые особенности этих материалов, которые, несомненно, найдут широкое применение в усовершенствовании современных и создании принципиально новых наноприборов. Проведенный анализ научно-технической литературы показывает возрастание интереса к этой проблеме во многих ведущих зарубежных фирмах и исследовательских лабораториях в Америке, Японии и Европе.

Основной целью работы являлась разработка и исследование методик эпитаксиального выращивания нитридных пленочных наноструктур и наноразмерной модификации поверхности пленок под фокусированным ионным пучком в едином технологическом процессе для усовершенствования технологии создания активных и пассивных элементов устройств СВЧ диапазона повышенной мощности.

Достижение поставленной цели требовало решения ряда основных задач:

1. Исследование условий и особенностей роста буферных слоев нитридов металлов третей группы на рассогласованных подложках сапфира методом молекулярно-лучевой эпигаксии с аммиачным источником.

2. Исследование условий и особенностей роста и разработка методики создания пленок из нитрида галлия на сапфировых подложках методом МЛЭ для приборного применения.

3. Разработка методики оптимизации технологических параметров МЛЭ получения двумерного электронного газа в

гетероструктурах AlGaN/GaN/AlGaN, применяемых для мощных полевых транзисторов.

4. Исследование особенностей ионно-лучевого травления фокусированным пучком Ga+ в наноразмерном диапазоне.

5. Разработка методики формирования наноэлементов с помопц>ю фокусированного ионного пучка для изготовления активных и пассивных элементов устройств СВЧ электроники.

В результате проведенных исследований разработана серия методик для получения наноэлементов и гетероструктур с помощью нанотехнологического комплекса «Нанофаб-100» и установлен ряд ранее неизвестных особенностей формирования наноэлементов на основе нитридных эпитаксиальных пленок.

Научная новизна работы

1. Использование высокотемпературного режима роста буферного слоя AIN в процессе эпитаксиального роста на сапфировой подложке приводит к структурному совершенству слоя и низкой шероховатости его поверхности.

2. Экспериментально установлены области таких технологических параметров как потоки аммиака 60-90 см3/мин и температура роста 890 - 930 °С, обеспечивающие получение эпитаксиальных пленок нитрида галлия с шероховатостью поверхности порядка 1 нм.

3. Выявлены закономерности влияния на электрофизические свойства двумерного электронного газа модулированным легированием барьерного слоя AlGaN в гетероструктурах AlGaN/GaN/AlGaN, используемым для получения качественного омического контакта.

4. Разработана многопроходная методика формирования протяженных наноразмерных структур на поверхности полупроводников, основанная на выявленной закономерности влияния теплового эффекта, влияющего на предсказуемость и латеральные размеры наноструктур, от времени воздействия за один проход травления пучком ионов галлия диаметром 12 нм, ускоренного напряжением 30 кВ.

5. Впервые комплекс методов молекулярно-лучевой эпитаксии, фокусированного ионного пучка и сканирующей зондовой микроскопии использован для создания методики формирования элементов наноэлектроники на основе нитридных эпитаксиальных структур.

Практическая ценность работы

- Разработана методика формирования наногетероструктур для мощных СВЧ НЕМТ транзисторов и эпитаксиальных пленок на основе

нитридов металлов на новом отечественном нанотехнологическом комплексе «Нанофаб-100».

- Разработана методика формирования наноструктур для создания наноимпринт штампов элементов СВЧ устройств.

- Совместное применение методов МЛЭ, ФИП и СЗМ позволяет перейти к созданию элементов нитридной СВЧ электроники для монолитных интегральных схем.

Научные положения, выносимые на защиту

1. Использование ншридизации поверхности сапфира и высокотемпературного режима роста буферного слоя АМ толщиной от 200 до 2000 нм при эпитаксиальном выращивании с источником аммиака позволяет получать пленки с шероховатостью поверхности порядка 1 нм для дальнейшего роста наноразмерных гетероструктур.

2. Разработана методика формирования эпитаксиальных пленок нитрида галлия на буферном переходном слое от поверхности сапфира методом молекулярно-лучевой эпитаксии в диапазоне потоков аммиака 60 - 90 см3/мин и температур роста нитрида галлия в диапазоне 890 -930 °С с целью понижения шероховатости поверхности пленок нитрида галлия с 5 нм до 1 нм. Понижение количества дефектов на гетерограницах способствует повышению подвижности носителей и их концентрации в двумерном электронном газе, образованном в итоговой гетероструктуре АЮаТ-Т/ОаК/АЮа1Ч.

3. Найдены значения технологического параметра температуры кремниевого источника в процессе модулированного легирования 10 нм слоя в барьерном АЮаМ при постоянной температуре роста 930 °С, при которых атомы кремния повышают концентрацию электронов в 2ДЭГ до с 1,3 до 1,7-1013 см"2 без уменьшения их подвижности на уровне 1400 СМ^/В'С.

4. Разработана многопроходная методика формирования протяженных периодических наноструктур на поверхности полупроводниковых пленок, с помощью перпендикулярно направленного к поверхности остросфокусированного пучка ионов галлия диаметром 12 нм, ускоренного напряжением 30 кВ, включающая в себя результаты исследования по боковому травлению, происходящему вследствие тепловых эффектов в металлических и полупроводящих слоях, и значения времени воздействия за один проход травления для получения на материалах 81, ваАэ, ваИ и АЮаИ максимальной точности при формировании наноструктур.

Апробация работы.

Материалы диссертации докладывались на:

- Конференции «Микроэлектроника и Информатика», МИЭТ, 20082009.

- VIII Международной научной конференции «Химия твердого тела и современные микро-и нанотехнологии», г. Кисловодск, 2008.

- П Всероссийской научной конференции «ММПСН», Москва МИФИ 2009.

- Международном форуме по нанотехнологиям, Москва, 2009.

-20-ой международной конференции «СВЧ-техника

и телекоммуникационные технологии», Украина, Севастополь, 2010.

Международной научно-технической конференции «Нанотехнологии-2010», г. Геленджик.

- 8-й Всероссийская конференция «Нитриды галлия, индия и алюминия - структуры и приборы», г. Санкт-Петербург, 2011.

По результатам работы опубликовано 4 статьи, 3 из них в журналах ВАК, сделано 7 докладов на конференциях, а также получен патент на изобретение № 2388116 с приоритетом изобретения 23.10.2008. Структура и объем

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка цитируемой литературы. Материал изложен на 154 страницах, включая 74 рисунка и 10 таблиц. Список цитируемой литературы содержит 165 наименований.

Содержание работы Во введении обосновывается актуальность темы работы, сформулированы ее цель, научная новизна и практическая ценность, представлены научные положения, выносимые на защиту, описаны структура и объем, а также кратко изложено содержание разделов диссертации.

Первая глава диссертационной работы является аналитическим обзором литературы. На основании российских и зарубежных литературных данных приведены различные методы эпитаксиального роста и основные свойства слоев нитрида галлия и приборов на основе йаК структур. Рассмотрены возможные материалы подложек для эпитаксии нитрида галлия. Конкретно рассмотрены подложки из кремния, сапфира и карбида кремния, их свойства и кристаллическая структура. Описаны основные проблемы при создании структур на данных подложках и пути их решения. Описаны основные технологические приемы

понижения плотности дефектов в получаемых GaN структурах. Рассмотрен новый подход для подавления процесса образования дислокаций и одновременного снижения упругой деформации в GaN при хлоридной газофазной эпитаксии на подложке Si (111) за счет применения тонкого дополнительного слоя SiC.

Во второй главе описаны применяемые методики для исследования наноструктур на основе ншридных эпитаксиальных пленок и гетероструктур, используемое оборудование. А также описана схема разработанного устройства позиционирования для систем с ионным или электронным пучком.

Нанотехнологический комплекс «Нанофаб-100» включает в себя технологические установки с возможностями групповых и нанолокальных методов обработки подложек диаметром до 100 мм с целью создания полнофункциональных наноструктур, наноустройств и наносистем на их основе. В состав НТК «НаноФаб» входит три модуля: модуль молекулярно-лучевой эпитаксии, модуль

сверхвысоковакуумного зондового микроскопа и модуль с ионно-лучевой колонной.

Камера роста для осуществления процесса молекулярно-лучевой эпитаксии пленок обладает семью эффузионными ячейками, аммиачным газовым инжектором, ростовым манипулятором, системой интерферометрии, системой дифракции быстрых электронов, масс-спектрометром, подключенными к камере турбиной и форвакуумным насосом. Модуль сверхвысоковакуумного зондового микроскопа представляет собой непосредственно камеру с микроскопом, откачиваемую ионным насосом и откачным постом, и камеру зондов с аналогичной системой откачки. Модуль фокусирующей ионной пушки аналогично предыдущему модулю представляет собой непосредственно камеру с ионной пушкой и детектором вторичных электронов, откачиваемую ионным насосом и откачным постом. В обоих этих модулях установлена система позиционирования образца по трем координатам (x,y,z) с помощью пьезодвигателей.

Метод молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ, Molecular beam epitaxy- МВБ) основан на доставке к нагретой подложке исходных элементов в виде молекулярных (или атомарных) пучков в условиях высокого вакуума. В классической МЛЭ потоки компонент формируются посредством термического испарения исходных реагентов в так называемых эффузионных ячейках, однако за последние годы интенсивно развиваются модификации МЛЭ с так называемыми

газовыми источниками, когда один или несколько реагентов подаются в рабочий объем в виде потока разреженного газа. В арсенале диагностических средств МЛЭ активно используется дифракция отраженных быстрых электронов (ОДБЭ, Reflection High Energy Electron Diffraction- RHEED), что позволяет получать слои строго определенного состава и структуры в режиме послойного роста, контролируемого на уровне отдельных атомных слоев.

Методика ионного травления, используемая в работе, представляет собой воздействие ионов галлия (Ga4), разогнанных напряжением до 30 кВ, с возможностью фокусировки ионного пучка до диаметра 7 нм, на модифицируемый материал. Таким образом, ФИЛ является инструментом, способным создать литографический рисунок с минимальным топологическим размером на уровне 10-15 нм. Такой диапазон размеров характерен для современных нанотехнологических процессов, включая глубокое травление. Травление ионным пучком позволяет получать наноразмерные канавки, не прибегая к использованию фотолитографии и жидкостного травления.

Методика сканирующей зондовой микроскопии (СЗМ) включает в себя методики как сканирующей туннельной микроскопии, так и атомно-силовой микроскопии. СЗМ позволяет как исследовать физические свойства поверхности материала, так и производить модификацию в наноразмерном диапазоне с помощью зонда микроскопа.

Формированию сложных наноструктур с помощью фокусированного ионного пучка чаще всего препятствует недостаточная точность позиционирования и дрейф координатной системы относительно ионного источника. Для повышения качества позиционирования образца разработана конструкция и получен патент РФ на устройство позиционирования с компенсацией термического дрейфа образца в системе с ионным или электронным источником.

В третьей главе представлены разработка методики и исследование формирования гетероструктур двумерным электронным газом на базе нитридов металлов третей группы на подложках А1203 методом МЛЭ в отечественном нанотехнологическом комплексе «Нанофаб-100». Выращенные структуры были также исследованы в зависимости от шероховатости поверхности и легирования барьерного слоя.

Процессы, происходящие на разных этапах роста, изучались с помощью последующего сканирования поверхности в сканирующем зондовом микроскопе. Для определения режимов роста буферных слоев

нитрид галлия исследовался методами CV профилирования, эффекта Холла, растровой электронной и атомно-силовой микроскопии.

В транзисторных структурах буферные слои должны иметь малую проводимость, чтобы не шунтировать канал транзистора. Канальный слой должен обладать высокой подвижностью носителей заряда, а гетерограницы должны быть бездефектными и четкими. Несмотря на это, для промышленности необходимы наиболее низкие значения плотности дислокаций для создания сложных приборов, работающих в экстремальных условиях температуры, напряжения или тока. Таким образом, для того, чтобы раскрыть весь потенциал нитрида галлия, как широкозонного полупроводника, необходимо найти принципиально новые подходы к технологии роста, которые обеспечили бы высокое качество эпитаксиальных слоев.

Из-за значительного различия параметров решетки GaN и сапфира существует проблема разработки способов улучшения качества растущего кристалла. Это и обработка поверхности, такая как нитридизация или отжиг, нанесение промежуточного слоя A1N, многослойные буферные системы и другие ухищрения. С их помощью, как оказалось, можно понизить плотность дислокаций с 1010 до 107 см'2 для процесса выращивания методом молекулярно-лучевой эпитаксии (МЛЭ) с аммиачным источником.

-легирование Si

• БврьершП слой aLGiikN'-

спейсер

GaN

ALGÛI-*N

итороП переходный слоя

AluGaIIN

першП переходный слой

AIN

AljO,

•«-2DEG

Рис. 1. Схематичное изображение исследуемой структуры.

Исследование процесса роста гетероструктур на основе нитрида галлия происходило на подложках сапфира с помощью МЛЭ нитридов третей группы с использованием аммиака в качестве источника активного азота. Сапфировые подложки имели шероховатость «лицевой» поверхности на уровне 0,1 нм. Прозрачную для инфракрасного (ИК) излучения подложку трудно нагреть бесконтактным способом. В связи с этим, с обратной стороны магнетронным напылением на подложку нанесен слой металла,

поглощающий более 90% излучения инфракрасного диапазона. Для этого достаточно 500 нм титановой пленки.

Для исследования технологических особенностей роста эпитаксиальной пленки нитрида галлия, а также для создания двумерного электронного газа на ее основе использовалась схема последовательности слоев, представленная на рисунке 1. Анализ литературы показывает, что использование сложного переходного слоя от нитрида алюминия к нитриду галлия наиболее выгодно. Он состоит из четырех составляющих: сверхрешетка от A1N к тройному раствору Alo^Ga^N, толстый слой тройного раствора Alo^Ga^N, градиент AlxGai.xN, где х уменьшается от 0,3 до 0,1, и слой Al0,iGaoi9N. В качестве первого переходного слоя использовалась апериодическая сверхрешетка A№/Alo,3Ga0.7N/...A]N/AlcuGao,7N с ' уменьшением толщины слоев A1N. Таким образом, удалось понизить напряжения слоев при переходе от нитрида алюминия к тройному раствору, тем самым, уменьшив количество дефектов в Alo^GaojN. Рост толстого тройного раствора с долей алюминия 0,3 призван загладить поверхность растущей пленки, заращивая большую шероховатость поверхности, образованную при росте первого переходного слоя. Второй переходный слой за счет градиента уменьшающейся дозы алюминия (0,1<х<0,3) еще больше приблизил постоянную решетки к аналогичной для нитрида галлия. Толщина GaN слоя, образующего на границе с барьерным слоем Alo,3Gao,7N за счет изгиба запрещенной зоны двумерный электронный газ, не превышает 100 нм. Слой A1N спейсера толщиной 1-2 нм усиливает электронное ограничение на гетерогранице. Толщина барьерного слоя составляет 25-27 нм, что позволяет достаточно хорошо организовать омические контакты к образованному каналу.

Рост A1N в данной работе предложено проводить в высокотемпературном режиме в диапазоне температур 1100-1135 С. Высокое структурное совершенство пленок подтверждается данными рентгеноструктурного анализа. Рост происходил в избытке азота (соотношение потоков V/III>1). Режим преобладания азота позволяет повысить температуру процесса для получения менее шероховатых пленок, и был установлен эмпирическим путем. Для этого температура роста установливалась на необходимую (рис. 2), и повышался поток аммиака в камеру роста до момента, когда скорость роста при повышении потока аммиака уже не увеличивалась. Поток аммиака чуть выше значения при максимальной скорости роста и соответствовал необходимому режиму.

Применение высоких температур роста позволило получать структуры с меньшим количеством дефектов и низкой шероховатостью поверхности. Для пленки нитрида алюминия при оптимизированном росте при температуре 1135 °С и потоке аммиака 90 см3/мин среднеквадратичная шероховатость поверхности не превышала 3 нм.

и ,

-9-7=1050*0 -е-Т= 1070-С -л- Тя 1105 "С -х-Т.1135-0

30 50 70 90 110 130

Поток аммиака, см'/мин

Рис. 2. - Определение области V/ÏÏI >1 при росте пленки A1N.

Однако для роста высокотемпературного слоя A1N необходимо проводить отжиг и нитридизацию поверхности сапфировой подложки. Отжиг подложки необходимо проводить при температурах 850-900 °С не менее 60 мин. Такой высокотемпературный прогрев приводил к дефициту кислорода на поверхности, т.е. к восстановлению алюминия в форме АЮ или АЪО. Во время нитридизации поверхности подложка нагревалась до температуры свыше 900 °С и обдувалась аммиаком потоком 30 см3/мин при давлении в камере не выше 1-Ю"5 Па. При таких условиях нитридизации в течение 15 минут увеличивается шероховатость поверхности образца. Дальнейшее воздействие аммиака имеет слабый эффект и шероховатость поверхности почти не изменяется.

Суть нитридизации состоит в создании на поверхности А1203 сапфировой подложки связей A1-N с расстоянием между атомами алюминия равным 3.11 Â, которые соотвествуют поверхности (0001) объемной фазы нитрида алюминия. Если удается создать сплошной нитридный слой толщиной в один-два монослоя, то на такой поверхности можно выращивать качественный сплошной слой нитрида алюминия.

На рисунке 3 показано изменение температуры во время процесса молекулярно-лучевой эпитаксии транзисторной гетероструктуры, схема которой указана на рисунке 1. Этапы технологического процесса: 1 -

отжиг, 2 - нитридизация, 3 - рост A1N, 4-первый переходный слой (сверхрешетка), 5 - Al0j3Ga0i7N, 6 - второй переходный слой в виде градиента,7- Al0)1Gao)9N, 8- канальный слой GaN, 9-спейсер и барьерный слой.

Слои сверхрешетки AlN/Alo^Gao^N/...AlN/Alo^Ga^N, градиента AlxGai.xN (0,1<х<0,3), а также Al0i3Gao,7N и GaN выращивались в температурном диапазоне 915-930 °С. Для нитрида галлия это высокая температура роста, обусловленная в первую очередь, получением гладкой поверхности растущего слоя, и определяющая минимум дефектов структуры.

Этапы тех. процесса

Рис 3. Изображение температурной диаграммы во время формирования гетероструктуры методом МЛЭ.

Исследование поверхности нитридов галлия и алюминия при создании гетероструктур является задачей первостепенной важности, позволяющей оптимизировать условия получения высококачественных пленок, поскольку формирование последующих слоев в значительной степени зависит от того, как проходило формирование предыдущих. Формирование бездефектной структуры пленок в первую очередь улучшает показатели двумерного канала, образованного в гетероструктуре. Так как механизм зарождения и эпитаксиального роста пленок Ш-Ы находится на стадии изучения, то данная проблема имеет принципиальное значение для изготовления приборов.

При исследовании пленок с помощью СЗМ пластина не вынималась из ростовой камеры на атмосферу, а перемещалась в другую вакуумную камеру нанотехнологического комплекса, в которой и можно было оценить свойства поверхности сформированного материала. Для нахождения оптимального режима роста нитрида галлия исследована шероховатость поверхности пленки в зависимости от температуры роста пленки, изображенная на рисунке 4.

Применение высоких температур роста позволяет получать структуры с меньшим количеством дефектов и низкой шероховатостью

поверхности. На рисунке 4(а) можно увидеть что шероховатость поверхности слоя нитрида галлия, в котором образуется двумерный электронный газ уменьшается в зависимости от выбранной температуры процесса формирования эпитаксиальной пленки, при которой проходил стабильный рост. Также можно заметить, что разброс значений шероховатости для нескольких структур выращенных при одинаковых условиях, уменьшается при возрастании температуры. Для роста пленок нитрида галлия использовался N-обогащенный режим.

5is

. 25 s

1 20

I 15 j f I "Ю

S 5

a

Э О

\

\

\

900 910 920 930 Тцмлеритур! роста, °С

(а)

Рис. 4. Зависимость шероховатости поверхности от температуры роста нитрида галлия (а) и АСМ-изображение поверхности нитрида галлия выращенного методом МЛЭ с шероховатостью 1 нм (б).

Для создания НЕМТ транзисторов необходимо образование двумерного электронного газа на границе Alo^GaojN/GaN.

Между барьерным Al0,3Ga0i7N и канальным слоем GaN сформирован слой высокоомного нелегированного A1N, именуемый спейсером (spacer). Основное назначение этого тонкого (1-2 нм) слоя -предотвратить рассеяние носителей в канале на границе с гетеропереходом. Верхняя часть барьерного слоя образует с металлом затвора барьер Шоттки, который, как и в обычном полевом транзисторе с барьером Шоттки, управляет проводимостью канала.

Табл. 1. Параметры двумерного электронного газа в зависимости от

№ Темпера- Шероховатость Подвижность Концентрация

Об- тура роста поверхности носителей носителей

раз- GaN, °С гетероструктур, заряда в канале, заряда в

ца нм см2/В-с канале, см"2

1 900 10 980 2,14-10°

2 920 3 1270 1,8-10"

3 930 1 1407 1,7-10"

Из таблицы 1 видно влияние шероховатости пленки на границе гетероперехода. Условия роста гетерострушур были одинаковыми кроме температуры формирования слоя нитрида галлия. Уменьшение шероховатости поверхности способствует улучшению подвижности носителей в двумерном электронном газе. Изменение параметров двумерного электронного газа подтверждается также СУ измерениями гетероструктур.

Структура барьерного слоя может быть неоднородной. В частности, зачастую в ней может быть сформирована область с повышенной концентрацией (так называемое модулированное легирование). п-А^Са^^-слой формируется для улучшения омического контакта стока и истока. А также, обнаружилось, введение легированного слоя в барьерный слой увеличивает концентрацию носителей в канале. Легирующая примесь должна быть обязательно в нужной дозировке, иначе наряду с увеличением концентрации электронов в канале, происходит ухудшение подвижности носителей заряда в канале. А для минимизации влияния поверхностных состояний поверх барьерного слоя можно сформировать так называемый сар-слой

эффузионного источника легирующего материала.

На основании этого проведено исследование влияния легирования на свойства выращенной гетероструктуры (см. рис. 5). Из полученных аппроксимаций данных результатов исследований можно сделать вывод, что легирование барьерного слоя при оптимальных условиях не ухудшает характеристик итоговой гетероструктуры, а наоборот повышает концентрацию электронов в 2ДЭГ до с 1,3 до 1,7-10 J см" без уменьшения их подвижности на уровне 1400 см2/В-с.

Для создания полевого транзистора на данных гетероструктурах мни Шш ЯЛ необходимо в дальнейших

Г Ali.lj.u-N

в

■

технологических этапах нанести и произвести вжигание контактных областей стока и истока, нанести пассивирующий слой, например 813Н4, характерный для любых полевых транзисторов и сформировать затвор. Лучшие из выращенных АЮаШЗаМАЮаМАМ/А^Оз гетероструктур для СВЧ транзисторов имели средние по пластине значения: высокую концентрацию п=1,7-1013 см"2 и высокую по мировым меркам подвижность электронов в канале ц=1400 см2/В-с при комнатной температуре.

а) б)

Рис 6. Модель тестового ОаМ НЕМТ транзистора: топология транзистора (а) и его структура (б).

! —г--

... _ ¿У^ 1

/У\у——

0.0400 ! ^

/ 1

0.0200 0.0000 ТП- -----

5.000

о.оаоо о.овоо

I 0.0400 0.0200 0.0000

у--

!

} I

-10.000 -7.500

0 -2.500

а) б)

Рис. 7. Выходная (а) и проходная (б) ВАХ созданного транзистора.

На разработанных конструкциях гетероструктур реализованы тестовые транзисторы (рисунки 6 и 7) с длиной затвора 1,5 мкм, демонстрирующие статические параметры мирового уровня: ток сток-исток 1,15 А/мм, крутизна 192 мСм/мм, пробивные напряжения более 50 В, пороговое напряжение: Упор = -8,9В. Как уже упоминалось в литературном обзоре, подобные элементы кроме электрических характеристик обладают также высокими значениями рабочих температур и стойкостью к радиационному излучению и к агрессивным средам.

В четвертой главе представлены результаты исследования и разработки методики формирования протяженных наноструктур на поверхности полупроводниковых нитридных пленок с помощью

перпендикулярно направленного к поверхности остросфокусированного пучка ионов галлия, разогнанного напряжением 30 кВ.

В частности, разработана многопроходная методика с целью получения точного и предсказуемого формирования наноструктур. Выявлена зависимость глубины модифицированных ионным пучком структур от количества проходов травления для одной и той же дозы ионов, а также определено время воздействия ионов галлия диаметром пучка 12 нм за один проход травления наноструктуры, определяющее эффект бокового подтравливания наноструктур в связи с тепловыми эффектами. На качественном уровне анализируется влияние термодинамических параметров полупроводников Si, GaAs и GaN на результаты травления. Разработана методика формирования периодических протяженных (до 50 мкм) нанометровых структур в GaAs с характерными поперечными размерами 70 нм и глубиной 50 нм для создания штампа для наноимпринт-литографии, а также протяженных (до 16 мкм) нанометровых металлических структур на поверхности GaN с характерными поперечными размерами 52 нм и глубиной 35 нм.

Используемая в работе ионная пушка компании FEI находилась в сверхвысоковакуумной камере нанотехнологического комплекса «Нанофаб» и использовала жидкометаллический галлиевый источник.

На основании изученных результатов экспериментов представлены закономерности, проявляющиеся при получении наноэлементов, представляющих собой совокупность областей травления ФИЛ с различной степенью воздействия и областей, не подверженных травлению ФИЛ. При формировании трехмерных структур с помощью ФИП появляются эффекты, способствующие либо препятствующие контролируемой наномодификации на поверхности исходной структуры. Для определения дозы и времени воздействия проанализированы формы созданных наноструктур и построены зависимости их геометрических размеров от технологических параметров травления.

Для проведения экспериментов выбраны пленки арсенида галлия GaAs, нитрида галлия GaN и тройного раствора с алюминием Al0;3Gaoi7N, которые являются основными материалами для разработки элементов СВЧ электроники. Возможность модификации этих пленок сравнивалась с формированием структур на подложках Si.

Благодаря системе электростатических линз ионный пучок фокусировался до пятна правильной формы в виде круга диаметром 12

нм с током пучка 10 пА при ускоряющем напряжении 30 кВ. Плотность пучка определялась апертурной пластиной и составляла 88,42 нА/мкм2.

Однако существенная доля энергии пучка преобразуется в локальный нагрев материала подложки. Как показывают расчеты, эта доля может составлять до 60 процентов энергии пучка, что косвенно подтверждается шириной линии травления, превышающей теоретические значения при дозах больше минимальной, обусловленной, в том числе тепловым испарением материала и повышением пластичности ввиду внесенных дефектов. Взаимосвязь результатов травления с локальным разогревом отмечается в частности при травлении полимеров.

Для выявления влияния термодинамических параметров материалов на результаты травления на этих материалах провели серию экспериментов по ионному травлению фокусированным пучком.

О 0.04 0.08 0.12 0.16 0.2 0.24

Доза воздействия, нКл/мкм1

Рис. 8. Экспериментальные точки и аппроксимация зависимости глубины травления от дозы на материалах: Б1(+), ОаАз(п), ОаК(о),

А]0,зОао,7Н (х)

В зависимости от рассматриваемого материала доза воздействия для травления необходимой структуры на глубину более 100 нм за один проход травления составляет от 0,12 до 0,25 нКл/мкм2. Доза и время воздействия подобраны из выявленной зависимости глубины травления квадратных областей от вносимой дозы в точке воздействия пучком (рис.8). Площадь квадратов составляла 2><2 мкм2. Как видно из рисунка квадратные области травятся на глубину до 50 нм с плоским равномерным дном, но при получении больших глубин дно всей модифицированной структуры неоднородно и имеет глубокие впадины в местах максимального локального нагрева. В некоторых случаях форма дна начинает зависеть от очередности точек травления области.

Так как выбранное значение суммарной дозы воздействия для травления необходимых наноструктур может попадать в область скачка скорости травления, то на полученной топографии можно наблюдать неоднородности. Такой негативный эффект не желателен. Убрать его и повысить предсказуемость глубины и формы дна помог метод множества проходов травления с малой дозой, вносимой за проход по заданному шаблону. Суммарная доза вычисляется по

формуле:_ 4-/-? , где I - ток пучка, t - суммарное время 3,14 -а1

воздействия в точке, в. - диаметр ионного пучка. Доза за проход выбирается таким образом, чтобы травление происходило с постоянной небольшой скоростью, то есть вдали от скачка скорости травления.

Для того чтобы точнее описать процесс оптимизации таких параметров травления как количество проходов и суммарная доза, проанализировано травление шаблонов квадратных областей с различным количеством проходов при одной и той же суммарной дозе воздействия ионов. Материалом исследований в данном случае выступили Б! и АЮаК

На рисунке 9 показана зависимость уменьшения глубины

травления при создании наноструктур. При малом количестве проходов время воздействия велико и внесенной энергии хватает, чтобы материал не успевал охлаждаться к следующему проходу. Таким образом, результирующая скорость травления возрастает при увеличении проходов до 5 и затем убывает. При большом количестве проходов

область воздействия

успевает охладиться до следующего воздействия в эту точку. При этом время между воздействиями в одну и ту же точку составляет не менее 2,5 секунд. То есть кроме энергии соударения ионов и атомов материала и энергии связи в испаряемом материале для контроля процесса важно

Количество проходов травления

Рис. 9. Зависимость глубины травления ионным пучком галлия структур с дозой 1,36 нКл/мкм2от количества проходов травления шаблона при токе пучка 10 пА для материалов Б1(о) и АЮаВД.

учитывать его теплопроводность, теплоемкость и температуру плавления. Теплопроводность кремния значительно больше теплопроводности А^Са^Ы - 140 Вт/мК против 50 Вт/мК соответственно. В то же время теплоемкость кремния уступает этому параметру у АЮаН, поэтому пик графика травления Б1 менее широкий. Разница в высоте расположения графиков для различных материалов на рис. 8 или рис. 9 определяется в значительной степени коэффициентом распыления вещества, который напрямую связан с энергией связи атомов. В связи с отсутствием данных по энергии связи АЮаМ, составив графики для различных веществ, можно выделить диапазон значений, в котором находится искомая величина.

Как упоминалось ранее, увеличение числа проходов соответствует уменьшению времени воздействия пучка в точке. Существует разумный предел уменьшению этого времени. Этот предел стремится к значению для минимального возможного травления определенного материала. Определить граничные условия можно только исследовав травление вещества при минимальных значениях времени воздействия. В случае травления двумерных структур, описанного ранее, на результат воздействия в одной точке влияет воздействие в соседние восемь точек, что не дает возможности увидеть влияния параметров травления и свойств материала на результат бокового травления и возможен анализ только глубины. В то же время ширина травления одномерных структур - линий, при различных параметрах воздействия также указывает на влияние ряда термодинамических параметров на результат травления и существенное отличие ширины травления от диаметра пучка.

На рисунке 10 показана полученная зависимость ширины канавок травления от времени воздействия за один проход травления. Из представленных зависимостей видно, что уменьшению времени воздействия за один проход есть предел, и предел этот для каждого вещества свой. Во многом этот предел определяется энергией связи, теплопроводностью и температурой плавления материала.

Для кремния при 10 пА токе пучка минимальное время травления 1000 мкс, для арсенида галлия - 300 мкс, для нитрида галлия - 900 мкс, а для А^звао^ - 3000 мкс. То есть увеличению количества проходов есть предел, дальше которого травление структуры происходить не будет, а будет лишь происходить легирование данной области ионами галлия и ее разогрев.

При стремлении времени воздействия к минимальному значению латеральные размеры модифицированной области стремяться к

диаметру фокусированного ионного пучка и их минимальные значения зависят от коэффициента распыления того или иного материала.

Минимальная ширина и глубина минимального

модифицирования до

образования канавки травления Б! - 23,3 нм и 1 нм, ОаАэ - 49 нм и 0,5 нм, АЮаИ - 23,5 нм и 8 нм, ОаИ - 22,1 нм и 2,3 нм соответственно (рис. 10), что согласуется с результатами моделирования латеральных размеров травления. Однако значения максимальной

ширины травления при больших дозах, где уже заметно могут проявиться тепловые эффекты, значительно

коррелируют с изменением параметров материалов таких как: температура плавления, теплопроводность, теплоемкость. Так из таблицы 2 видно, что хотя теплота испарения и теплопроводность кремния и выше, но у него меньшая температура плавления и теплоемкость в сравнении с нитридом галлия, в силу этого ширины их травлений отличаются не так сильно. Арсенид галлия, имеющий наименьшие значения температуры плавления и теплопроводности, демонстрирует наибольшее значение ширины травимой линии при той же апертуре и дозе.

Таким образом, учитывая перечисленные в таблице 2 параметры с определенными коэффициентами, возможно качественное объяснение ширины травления различных материалов в случае, когда ширина уже слабо зависит от времени воздействия. Можно заметить, что наибольшее значение имеет теплороводность, а в меньшей степени теплоемкость материала. Выбранные параметры также позволяют объяснить на качественном уровне различные ширины травления для таких металлов как Та, Т1, №, А1 в случае применения доз, превышающих 0,3 нКл/мкм2.

Размеры наноструктур при малых временах воздействия говорят о минимальном влиянии термического фактора на точность модификации при ионном травлении материала. При создании структур

Время воздействия, икс

Рис. 10. Зависимость ширины канавок травления от времени воздействия ионного пучка в точке для различных материалов 31(+), ОаАз(о), ваТ^о), АЮаМ(х).

микроразмерной глубины из нитридов алюминия и галлия или арсенида галлия необходимо учитывать, что максимальная точность модификации для суммарной дозы воздействия, определяющей заданную глубину, будет при минимально возможных значениях времени модифицирования для данного материала и для данной апертуры ионного пучка. Характеристики материалов, такие как энергия связи атомов, теплопроводность и температура плавления, существенно влияют на скорости травления ионным пучком при формировании наноструктур.

Таблица 2. Тепловые свойства исследуемых материалов.

Материал Температура плавления, К Теплопроводность, Вт/(м-К) Теплоемкость, Дж/(К-моль) Теплота испарения, кДж/мо ль Ширина канавки травления при 4 мс воздействия в точке, нм

1688 149 20,16 383 57,5

ваИ 2500 130 41,01 303 71

ОаАБ 1513 55 49,2 350 90

После оптимизации ширины и глубины получаемых канавок создан потоковый файл, в котором учитывалась величина модифицированной области в точке и величина необходимого шага для получения ширины области между канавками, равной ширине канавок.

Сведения по режимам травления материалов и по топологическим размерам полученных элементов дают возможность разработки штампа для наноимпринт-литографии с заданной наноразмерной точностью структуры. На рисунке 11а показан результат травления ионным пучком поверхности ваАэ образца в форме «змейки» с высокой точностью и периодичностью структуры. Длина каждой горизонтальной канавки травления 16 мкм. Формирование такой структуры показывает перспективность использования разработанной методики для создания штампов для наноимпринт-литографии - одного из перспективных производственных методов.

На рисунке 116 показан результат травления ионным пучком поверхности образца АШаИ в форме «змейки» с высокой точностью и периодичностью структуры. Наноразмерная структура, построенная на поверхности нитридной пленки представляет собой

наноэлектромеханическую свойствами.

систему

акустоэлектрическими

1 !1®| 1111

§11Ц!11 уШ^Р' ~ ~~ * ' ~ Мят- ШШЫШШМ---------Г^и. —

чн ташт ___№№ ..

а) б)

Рис. 11. Изображение модифицированной поверхности подложки ОаАБ на глубину порядка 50 нм(а) и модифицированной пленки А1 толщиной 35 нм на поверхности ОаК(б);ширина канавки и расстояние между канавками соответсвенно 70 нм(а) и 52 нм(б).

В заключении сформулированы основные результаты работы:

1. Исследованы и отработаны технологические параметры эпитаксиального выращивания буферных слоев гетероструктур на основе нитридов металлов третей группы, в которых возникает двумерный электронный газ.

2. Разработанные методики формирования эпитаксиальных пленок нитрида галлия на буферном переходном слое от поверхности сапфира методом молекулярно-лучевой эпитаксии позволяют получать структуры приборного качества.

3. Выявленные закономерности влияния технологических параметров на характеристики образующегося двумерного электронного газа способствуют усовершенствованию технологии создания НЕМТ транзисторов на нитридах металлов третей группы.

4. Разработанная методика формирования протяженных периодических наноструктур на поверхности полупроводниковых пленок дает возможность как прямой литографии, так и создания штампов для наноимпринт-литографии с заданной наноразмерной точностью структуры в маршруте изготовления приборов на нитридах металлов третей группы.

5. Впервые комплекс методов молекулярно-лучевой эпитаксии, сканирующей зондовой микроскопии и фокусированного ионного пучка использован доя создания методики формирования элементов

наноэлектроники на основе нитридных эшггаксиальных структур.

6. Результаты исследований статических характеристик созданных тестовых транзисторов и возможность создания наноразмерной топологии для наноэлеюромеханических систем на нитридных гетероструктурах показывают перспективность технологии формирования нитридных элементов малых интегральных схем.

Основные результаты диссертации опубликованы в работах:

1. KukushMn S.A., Osipov A.V., Bessolov V.N., Medvedev B.K., Nevolin V.K., Tsarik K.A. Substrates for epitaxy of gallium nitride: new materials and'techniques. // Reviews on Advanced Materials Science, 2008. -V.17. - P.l-32.

2. Бараш C.B., Лосев B.B., Царик K.A. Формирование нанометровых слоев фокусированньш ионным пучком. 11 Известия вузов. ЭЛЕКТРОНИКА. - 2008. - № 3. - С. 63-67

3. Бараш С.В., Пилюгин В.А., Царик К.А. Создание резонатора на поверхностных акустических волнах с использованием фокусированного ионного пучка. // Тезисы докладов на конференции «Микроэлектроника и Информатика». М.: МИЭТ, 2008, - С. 26.

4. Царик К.А. Формирование встречно-штыревых наноразмерных структур на монокристалле нитрида галлия с помощью фокусированного ионного пучка. // Тезисы докладов на VIII международной научной конференции «Химия твердого тела и современные микро-и нанотехнологии», г. Кисловодск. - 2008. - С. 102103.

5. Неволин В .К., Царик К.А., Петров С.И., Красовицкий Д.М., Наногетероструктуры в системе Ш-N, полученные методом МЛЭ в составе многокамерного комплекса «Нанофаб-100» // Тезисы докладов на П всероссийской конференции «Многомасштабное моделирование процессов и структур в нанотехнологиях». Москва МИФИ. - 2009. -С. 415.

6. Неволин В.К., Царик К.А. Формирование и исследование наногетероструктур AlGaN/GaN с применением атомно-силовой микроскопии. // Известия вузов. ЭЛЕКТРОНИКА. - 2009. - - С. 4449.

7. Царик К.А. Формирование акустоэлектрических наноструктур на нитриде галлия в нанотехнологическом комплексе «Нанофаб-100». // Международный форум по нанотехнологиям, Сборник тезисов докладов участников Второго международного конкурса научных работ молодых ученых в области нанотехнологий. - 2009. - С. 189 -191.

8. Егоркин В.И., Капаев В.В., Царшс К.А., Шмелёв С.С., Журавлёв М.Н. Моделирование электронного транспорта в туннельно-резонансных гетероструктурах на основеширокозонных соединений нитрида галлия. // Сборник трудов 20-ой международной конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологию). - Украина, Севастополь, 13-17 сентября 2010. - Т. 2. - С. 861-862.

9. Царик К.А., Неволин В.К. Влияние морфологии поверхности ОаЫ на характеристики гетероструктур АЮ,ЗОаО,7Ж}аК созданных молекулярно-лучевой эшггаксией. Сборник трудов 20-ой международной конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии». - Украина, Севастополь, 13-17 сентября 2010. - Т. 2. -С. 836-837.

10. В.И. Егоркин, К.А. Царик, В.В.Капаев, М.Н. Журавлёв, С.С. Шмелёв. Особенности формирования туннельно-резонансных диодов на основе нитрид-галлиевых гетероструктур для монолитно интегрированных СВЧ. Сборник трудов международной научно-технической конференции «Нанотехнологии - 2010». - Геленджик, 1924 сентября 2010. - Т. 2. - С. 6-7.

11. В.И. Егоркин, М.Н. Журавлев, В.В. Капаев, К.А. Царик, С.Б. Бурзин, Д.М. Красовицкий, Э.А. Ильичев. Особенности туннельно-резонансных диодов на основе гетероструктур нитрида галлия // Тезисы докладов 8-й Всероссийской конференции «Нитриды галлия, индия и алюминия - структуры и приборы». - Санкт-Петербург, 2011. - С. 139140.

12. И.И. Бобринецкий, В.К. Неволин, К.А. Царик. Опыт разработки технологического процесса получения в НТК НАНОФАБ нитридных пленок для акустоэлектрических преобразователей // Тезисы докладов 8-й Всероссийской конференции «Нитриды галлия, индия и алюминия -структуры и приборы». - Санкт-Петербург. - 2011. - С. 160-161.

13. А.Н. Алексеев, С.И. Петров, В.К. Неволин, К.А. Царик, Д.М. Красовицкий, В.П. Чалый. Наногетероструктуры на основе нитридов с повышенной подвижностью электронов, полученные методом МЛЭ. «Известия вузов. ЭЛЕКТРОНИКА». 2011. - №5 . - С. 69-74.

14. Патент на изобретение 1Ш2388116С1, Российская Федерация, МПК 001(2 10/04, Н01Ь 41/09. Устройство позиционирования с компенсацией термического дрейфа образца в системе с ионным или электронным источником. //Царик К.А. Неволин В.К.; заявитель и патентообладатель МИЭТ. - Заявка: 2008141656/28, 23.10.2008. Опубликовано: 27.04.2010, Бюл. № 12.

Автореферат

Царик Константин Анатольевич

Тема: Разработка и исследование технологии формирования наноструктур на основе нитридов элементов Ш группы.

Подписано в печать: 2011 г. Заказ № 175.

Формат 60x84 1/16. Уч.-изд. л. 1,3. Тираж 100 экз.

Отпечатано в типографии ИПК МИЭТ.

124498, Москва, г. Зеленоград, проезд 4806, д.5, МИЭТ.

ВВЕДЕНИЕ.

Глава 1. Обзор литературы, посвященной материалам III-N.

1.1. Перспективность технологии на нитриде галлия.

1.2. Подложки для эпитаксии GaN.

1.2.1. Кристаллы, которые могут быть использованы в качестве подложек для эпитаксии GaN.

1.2.2. Сапфир.

1.2.3. Карбид кремния.

1.2.4. Кремний.

1.3. Ш-нитридные структуры: основные методы и приборы.

1.3.1. Основные методы.

1.3.2. Метод МЛЭ.

1.3.3. Структуры и приборы на основе неполярного GaN.

1.3.4. Приборы на основе полярных нитрид-галлиееых полупроводников

1.4. Конструкции транзисторов с высокой подвижностью электронов (НЕМТ) на гетероструктурах.

1.4.1. Зонная диаграмма гетеропереходов.

1.4.2. Структуры транзисторов.

1.5. Методы наноразмерной литографии для технологии создания устройств электроники.

Глава 2. Разработка приборно-метрологического базиса. Оборудование и методики эксперимента.

2.1. НТК «Нанофаб-100». Назначение и возможности.

2.2. Состав.

2.3. Исходные материалы.

2.4. Перечень и содержание методик проведения экспериментов.

2.4.1. Метод молекулярно-лучевой эпитаксии.

2.4.2. Метод лазерной интерферометрии.

2.4.3. Метод сканирующей зондовой микроскопии.

2.4.4. Метод ФИП.

2.5. Разработка устройства позиционирования с компенсацией термического дрейфа образца в системе с ионным или электронным источником.

Выводы по главе 2.Ошибка! Закладка не определена.

Глава 3. Разработка методики эпитаксиального выращивания нитридных гетероструктур с образованием двумерного элетронного газа.

3.1. Технология эпитаксиального роста гетероструктуры.

3.2. Исследование методики формирования буферного слоя A1N.

3.3. Особенности канального слоя гетероструктуры - беспримесного нитрида галлия.

3.4. Формирование барьерного слоя и его влияние на двумерный электронный газ.

3.5. Создание НЕМТ транзистора на базе разработанных гетероструктур.

Выводы по главе 3.

Глава 4. Закономерности формирования полупроводниковых наноструктур с помощью фокусированного ионного пучка.

4.1. Разработка методики формирования наноструктур методом ФИП.

4.2. Создание наноструктур для электромеханических систем.

4.2.1. Полировки поверхности эпитаксиальной структуры.

4.2.2. Создание металлических наноструктур на поверхности нитридной пленки.

4.2.3. Создание штампа для наноимпринт-литографии.

Выводы по главе 4.

Актуальность темы

Уникальные свойства нитридов металлов третьей группы делают их очень перспективными для создания на их основе электронных, оптоэлектронных и акустоэлектронных приборов. Ширина запрещенной зоны этих полупроводниковых материалов в два-пять раз больше, чем у традиционных полупроводниковых материалов (кремния и арсенида галлия). Кроме того, у них выше поле пробоя (на порядок) и теплопроводность. Уникальный комплекс физико-химических свойств этих материалов позволяет существенно улучшить технические характеристики современных приборов: повысить эффективность светодиодов и лазеров и расширить спектр их излучения в фиолетово-голубую и ближнюю УФ область спектра, многократно повысить допустимую мощность полевых транзисторов и интегральных схем (ИС) на их основе при сохранении быстродействия. Помимо перспективных функциональных характеристик приборы на основе этих материалов могут стабильно работать в более широком диапазоне температур и уровня радиации, чем кремниевые и арсенид галлиевые приборы.

При выращивании гетероструктур на основе нитридов металлов третьей группы существует ряд проблем, основной из которых является отсутствие дешевых подложек из нитридов металлов третьей группы. Это приводит к необходимости выращивать данные материалы на подложках, в той или иной мере рассогласованных по параметрам кристаллической решетки и коэффициентам термического расширения.

Основными методами выращивания гетероструктур на основе нитридов металлов III группы являются газофазная эпитаксия из металлорганических соединений (МОГФЭ, metal organic chemical vapor deposition - MOCVD) и молекулярно-лучевая эпитаксия (МЛЭ, molecular beam epitaxy - МВЕ). Эпитаксиальный рост нитридов на подложках из других материалов, несмотря на применение специальных процедур на начальных стадиях роста, приводит к достаточно высокой плотности дислокаций, что усложняет задачу получения гетероструктур для элементов электроники. Типичные значения плотности дислокаций в нитриде галлия методами МОГФЭ и МЛЭ составляют 108-Ю10 см"2.

Для решения технологических и конструктивных вопросов создания новых приборов на основе наноразмерных структур применяется принципиально новый отечественный многофункциональный нанотехнологический комплекс «Нанофаб-100», имеющий в своем составе установку молекулярно-лучевой эпитаксии для выращивания гетероструктур на основе нитрида галлия, атомно-силовой микроскоп и колонну фокусированного ионного пучка. Все эти установки объединены в единый комплекс, позволяющий выращивать гетероструктуры, изготовлять и контролировать активные и пассивные наноразмерные элементы приборов и схем, не проводя разгерметизацию и извлечение подложки. После разработки лабораторных методик формирования наноэлементов «Нанофаб-100» может стать базовым отечественным технологическим оборудованием для создания приборов нового поколения.

Наличие в комплексе устройств, позволяющих проводить нанолитографические процессы на структурах, открывает новые перспективы в значительном повышении частотного диапазона приборов.

Помимо решения важных прикладных задач, широкозонные материалы представляют большой интерес и для физики твердого тела. Создание квантово-размерных систем на их основе позволит выявить новые особенности этих материалов, которые, несомненно, найдут широкое применение в усовершенствовании современных и создании принципиально новых наноприборов. Проведенный анализ научно-технической литературы показывает возрастание интереса к этой проблеме во многих ведущих зарубежных фирмах и исследовательских лабораториях в Америке, Японии и Европе.

Основной целью работы являлась разработка и исследование методик эпитаксиального выращивания нитридных пленочных наноструктур и наноразмерной модификации поверхности пленок под фокусированным ионным пучком в едином технологическом процессе для усовершенствования технологии создания активных и пассивных элементов устройств СВЧ диапазона повышенной мощности.

Достижение поставленной цели требовало решения ряда основных задач:

1. Исследование условий и особенностей роста буферных слоев нитридов металлов третьей группы на рассогласованных подложках сапфира методом молекулярно-лучевой эпитаксии с аммиачным источником.

2. Исследование условий и особенностей роста и разработка методики создания пленок из нитрида галлия на сапфировых подложках методом МЛЭ для приборного применения.

3. Разработка методики оптимизации технологических параметров МЛЭ получения двумерного электронного газа в гетероструктурах AlGaN/GaN/AlGaN, применяемых для мощных полевых транзисторов.

4. Исследование особенностей ионно-лучевого травления фокусированным пучком Ga+ в наноразмерном диапазоне.

5. Разработка методики формирования наноэлементов с помощью фокусированного ионного пучка для изготовления активных и пассивных элементов устройств СВЧ электроники.

В результате проведенных исследований разработана серия методик для получения наноэлементов и гетероструктур с помощью нанотехнологического комплекса «Нанофаб-100» и установлен ряд ранее неизвестных особенностей формирования наноэлементов на основе нитридных эпитаксиальных пленок.

Научная новизна работы

1. Использование высокотемпературного режима роста буферного слоя A1N в процессе эпитаксиального роста на сапфировой подложке приводит к структурному совершенству слоя и низкой шероховатости его поверхности.

2. Экспериментально установлены области таких технологических параметров, как потоки аммиака 60-90 см3/мин и температура роста 890 - 930 °С, обеспечивающие получение эпитаксиальных пленок нитрида галлия с шероховатостью поверхности порядка 1 нм.

3. Выявлены закономерности влияния на электрофизические свойства двумерного электронного газа модулированным легированием барьерного слоя AlGaN в гетероструктурах AlGaN/GaN/AlGaN, используемым для получения качественного омического контакта.

4. Разработана многопроходная методика формирования протяженных наноразмерных структур на поверхности полупроводников, основанная на выявленной закономерности влияния теплового эффекта, влияющего на предсказуемость и латеральные размеры наноструктур, от времени воздействия за один проход травления пучком ионов галлия диаметром 12 нм, ускоренного напряжением 30 кВ.

5. Впервые комплекс методов молекулярно-лучевой эпитаксии, фокусированного ионного пучка и сканирующей зондовой микроскопии использован для создания методики формирования элементов наноэлектроники на основе нитридных эпитаксиальных структур.

Практическая ценность работы

- Разработана методика формирования наногетероструктур для мощных СВЧ НЕМТ транзисторов и эпитаксиальных пленок на основе нитридов металлов на новом отечественном нанотехнологическом комплексе «Нанофаб-100».

Разработана методика формирования наноструктур для создания наноимпринт штампов элементов СВЧ устройств.

- Совместное применение методов МЛЭ, ФИП и СЗМ позволяет перейти к созданию элементов нитридной СВЧ электроники для монолитных интегральных схем.

Научные положения, выносимые на защиту

1. Использование нитридизации поверхности сапфира и высокотемпературного режима роста буферного слоя A1N толщиной от 200 до 2000 нм при эпитаксиальном выращивании с источником аммиака позволяет получать пленки с шероховатостью поверхности порядка 1 нм для дальнейшего роста наноразмерных гетероструктур.

2. Разработана методика формирования эпитаксиальных пленок нитрида галлия на буферном переходном слое от поверхности сапфира методом молекулярно-лучевой эпитаксии в диапазоне потоков аммиака 60 - 90 см3/мин и температур роста нитрида галлия в диапазоне 890 - 930 °С с целью понижения шероховатости поверхности пленок нитрида галлия с 5 нм до 1 нм. Понижение количества дефектов на гетерограницах способствует повышению подвижности носителей и их концентрации в двумерном электронном газе, образованном в итоговой гетероструктуре AlGaN/GaN/AlGaN.

3. Найдены значения технологического параметра температуры кремниевого источника в процессе модулированного легирования 10 нм слоя в барьерном AlGaN при постоянной температуре роста 930 °С, при которых атомы кремния

11 л повышают концентрацию электронов в 2ДЭГ с 1,3 до 1,7-10 см" без уменьшения л их подвижности на уровне 1400 см /Вс.

4. Разработана многопроходная методика формирования протяженных периодических наноструктур на поверхности полупроводниковых пленок, с помощью перпендикулярно направленного к поверхности остросфокусированного пучка ионов галлия диаметром 12 нм, ускоренного напряжением 30 кВ, включающая в себя результаты исследования по боковому травлению, происходящему вследствие тепловых эффектов в металлических и полупроводящих слоях, а также включающая в себя значения времени воздействия за один проход травления, определяющие максимальную точность при формировании наноструктур на материалах Si, GaAs, GaN и AlGaN.

Апробация работы

Материалы диссертации докладывались на:

- Конференции «Микроэлектроника и Информатика», МИЭТ, 2008-2009.

- VIII Международной научной конференции «Химия твердого тела и современные микро-и нанотехнологии», г. Кисловодск, 2008.

- II Всероссийской научной конференции «ММПСН», Москва МИФИ 2009.

- Международном форуме по нанотехнологиям, Москва, 2009.

-20-ой международной конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии», Украина, Севастополь, 2010.

- Международной научно-технической конференции «Нанотехнологии - 2010», г. Геленджик.

- 8-й Всероссийской конференции «Нитриды галлия, индия и алюминия -структуры и приборы», г. Санкт-петербург, 2011.

По результатам работы опубликовано 4 статьи, 3 из них в журналах ВАК, сделано 7 докладов на конференциях, а также получен патент на изобретение № 2388116 с приоритетом изобретения 23.10.2008.

Структура и объем

Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, заключения и списка цитируемой литературы. Материал изложен на 154 страницах, включая 74 рисунка и 10 таблиц. Список цитируемой литературы содержит 165 наименований.

Основные результаты выполненных исследований могут быть сформулированы следующим образом:

1. Исследованы и отработаны технологические параметры эпитаксиального выращивания буферных слоев гетероструктур на основе нитридов металлов третьей группы, в которых возникает двумерный электронный газ.

2. Разработанные методики формирования эпитаксиальных пленок нитрида галлия на буферном переходном слое от поверхности сапфира методом молекулярно-лучевой эпитаксии позволяют получать структуры приборного качества.

3. Выявленные закономерности влияния технологических параметров на характеристики образующегося двумерного электронного газа способствуют усовершенствованию технологии создания НЕМТ транзисторов на нитридах металлов третьей группы.

4. Разработанная методика формирования протяженных периодических наноструктур на поверхности полупроводниковых пленок дает возможность, как прямой литографии, так и создания штампов для наноимпринт-литографии с заданной наноразмерной точностью структуры в маршруте изготовления приборов на нитридах металлов третьей группы.

5. Впервые комплекс методов молекулярно-лучевой эпитаксии, сканирующей зондовой микроскопии и фокусированного ионного пучка использован для создания методики формирования элементов наноэлектроники на основе нитридных эпитаксиальных структур.

6. Результаты исследований статических характеристик созданных тестовых транзисторов и возможность создания наноразмерной топологии для наноэлектромеханических систем на нитридных гетероструктурах показывают перспективность технологии формирования нитридных элементов малых интегральных схем.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Hudgins J. L. Wide and narrow bandgap semiconductors for power electronics: A new valuation. // Journal of Electronic Materials. 2003. - V. 32. - N. 6. - P. 471-477.

2. Itoh Y., Honjo K. Fundamental Perspective of Future High Power Devices and Amplifiers for Wireless Communication Systems // IEICE Transactions on Electronics. -2003. V. E86C. - N. 2. - P. 108-119.

3. Данилин B.H., Жукова T.A., Кузнецов Ю.А. и др. Обзоры по электронной технике. Сер.1, СВЧ Техника. 2001. - Вып.1. - 135 с.

4. Данилин В.Н., Жукова Т.А. и др. Транзистор на GaN пока самый "крепкий орешек" // ЭЛЕКТРОНИКА: НТБ. 2005. № 4. - С. 20-29.

5. Micovic М., Kurdoghlian et al. GaN HFET for W-band Power Applications // IEEE IEDM. 2006. - N 346802. - P. 1 - 3.

6. S.D. Lester, F.A. Ponce, M.G. Craford, D.A. Steigerwald. High dislocation densities in high efficiency GaN-based light-emitting diodes //Applied Physics Letters. -1995.-Vol. 66.-P. 1249- 1251.

7. F. A. Ponce, "Structural defects and materials performance in the III-V nitrides" // Physics and Applications of Group III Nitrides Semiconductor Compounds, B. Gil, ed. Oxford University Press. 1998. - Chapter 4-, P.123-157.

8. E.V. Etzkorn, D.R. Clarke. Cracking of GaN films // Journal of Applied Physics. -2001. V.89 - Issue 2.- P. 1025- 1034.

9. S.J. Pearton, F. Ren, A.P. Zhang, K.P. Lee. Fabrication and Performance of GaN Electronic Devices // Material Science and Engineering Reports R. 2000. - V. 30. -p. 55-212.

10. T. Miyajima, T. Tojyo, T. Asano, et al. GaN-based blue laser diodes //Journal of Physics: Condensed Matter. 2001. - V.13 - P. 7099-7114.

11. A. Fissel. Artificially layered heteropolytypic structures based on SiC polytypes: molecular beam epitaxy, characterization and properties // Physics Reports 2003. -Vol. 379-P. 149-255.

12. Leszczynski, M., Т. Suski, Н. Teisseyre, et al. Thermal expansion of gallium nitride // Journal of Applied Physics. 1994. - Vol.76 - P. 4909-4911.

13. H. Amano, M. Iwaya, T. Kashima, et al. Stress and Defect Control in GaN Using Low Temperature Interlayers //Japanese Journal of Applied Physics. 1998. - Vol.37. -P. L1540-L1542.

14. В. Beaumont, Ph. Vennegures, P. Gibart. Epitaxial Lateral Overgrowth of GaN // Physica Status Solidi (b). 2001. - Vol.227 - P. 1-43.

15. T.S. Zheleva, S.A. Smith, D.B. Thomson, et al. Pendeo-Epitaxy: A new approach for lateral growth of gallium nitride films //Journal of Electronic Materials. 1999. -Vol. 28 - P. L5-L8.

16. H. Lahreche, P. Vennegues, B. Beaumont, P. Gibart. Growth of high-quality GaN by low-pressure metal-organic vapour phase epitaxy (LP-MOVPE) from 3D islands and lateral overgrowth //Journal of Crystal Growth. 1999. -Vol. 205 - P. 245-252.

17. C.I.H. Ashby, C.C. Mitchell, J. Han, et al. Low-dislocation-density GaN from a single growth on a textured substrate // Applied Physics Letters. 2000. - Vol. 77. -P. 3233-3235.

18. T. Detchprohm, M. Yano, S. Sano, et al. Thermal expansion of gallium nitride // Journal of Applied Physics. 1994. - Vol. 76 - P. 4909-4911.

19. L. Liu, J.H. Edgar. Substrates for gallium nitride epitaxy // Materials Science and Engineering: R: Reports- 2002. Vol. 37. - P. 61-127.

20. B.K. Неволин. Зондовые нанотехнологии в электронике // М: Техносфера. -2006.- 160 с.

21. М. П. Шаскольская. Кристаллография // М: Высшая школа. 1984. - 376 с.

22. Р.З. Бахтизин, К.-К. Щуе, Ч.-Ж. Щуе, Ю. Хасегава, Т. Сакурай, И.С.Т. Цонг. Рост высококачественных пленок GaN на поверхности карбида кремния // Светодиоды и лазеры. 2002. - №1-2. - С. 77.

23. Р.З. Бахтизин, К.-К. Щуе, Ч.-Ж. Щуе, Ю. Хасегава, Т. Сакурай, И.С.Т. Цонг.// Светодиоды и лазеры. 2002. - №1-2. - С. 76.

24. Н. Okumura, К. Ohta, G. Feuillet, et al. Growth and characterization of cubic GaN // Journal of Crystal Growth. 1997. - V. 178. - P. 113-133.

25. E. Calleja, M.A. Sanchez-Garcia, F.J. Sanchez, et al. Growth of IH-nitrides on Si(l 1 1) by molecular beam epitaxy Doping, optical, and electrical properties // Journalof Crystal Growth. 1999. -V. 201/202. - P. 296-317.

26. D.M. Follstaedt, J. Han, P. Provencio, J.G. Fleming. Microstructure of GaN grown on (111) Si by MOCVD //MRS Internet Journal Nitride Semiconductor Research -1999. -V. 4S1. P. U401-U406.

27. Y.T. Rebane, Y.G. Shreter, W.N. Wang. MISFIT dislocations and radiative efficiency of InxGaixN/GaN quantum wells // Applied Surface Solidi(a). 2000. - V. 166-P. 300-303.

28. A. Koukitu, J. Kikuchi, Y. Kangawa, Y. Kumagai. Thermodynamic analysis of AlGaN HVPE growth // Journal of Crystal Growth. 2005. - V. 281. - P. 47-54.

29. Денисов А.Г., Кузнецов Н.А., Макаренко В.А. Оборудование для молекулярно-лучевой эпитаксии // Обзоры по электронной технике: Технология, организация производства и оборудования. М.: ЦНИИ Электроника. 1981. - Вып. 17.-52 с.

30. Майоров А.А. // Научное приборостроение. — 1991. — Т.1. — с. 114.

31. Пчеляков. О.П. Молекулярно-лучевая эпитаксия: оборудование, приборы, технология// УФН. 2000. - Т. 170. - С.993-995

32. Федоров А.В. Физика и технология гетероструктур, оптика квантовых наноструктур // Учебное пособие. СПб: СПбГУ ИТМО., 2009. 195 с.

33. В.Н. Трофимов, Б.К. Медведев, В.Г. Мокеров и А.Г. Шумянков. Кинетические уравнения послойного эпитаксиального роста //Доклады Академии Наук. 1996. - Т. 347. - №4. - С. 469-471.

34. V.I. Trofimov, В.К. Medvedev, V.G. Mokerov and A.G. Shumynkov. Molecular Beam Epitaxial Growth Mode Transitions on Vicinal Surfaces // Materials Research Society, Symposium Proceeding. 1995. - V. 399 - P. 47.

35. В.К. Медведев, ВТ. Мокеров и Н.В. Песков. О распределении атомов примеси при delta-легировании в процессе молекулярно-лучевой эпитаксии // Письма в ЖТФ. 1994. - Т. 20. - В. 20. - С. 28 - 31.

36. Shen X.-Q., Ide Т., Cho S.-H. et al. Realization of Ga-polarity GaN films in radio-frequency plasma-assisted molecular beam epitaxy //Journal of Crystal Growth. -2000. -V218.-P. 155-160.

37. Held R, Nowak G., Ishaug B.I. et al. Structure and composition of GaN(OOOl) A and В surfaces // Journal of Applied Physics 1999. -V 85.-P. 7697-7704

38. Smith A. R, Feenstra R. M., Greve D.W. et al. Determination of wurtzite GaN lattice polarity based on surface reconstruction // Applied Physics Letters -1998-V. 72.-P. 2114-2116.

39. Hellman E.S. The polarity of GaN: a critical review // MRS Internet Journal of Nitride Semiconductor. 1998. - V. 3.- Issue 11. - P. 1-12.

40. Nakamura S. GaN Growth Using GaN Buffer Layer // Japanese Journal of Applied Physics. 1991. - V 30. - P. L1705-L1707.

41. Yoshikawa A. and Xu K. Polarity selection process and polarity manipulation of GaN in MOVPE and RF-MBE growth //Thin Solid Films. 2002. - V. 412. -P. 38-43.

42. Heying D. et al. Optimization of the surface morphologies and electron mobilities in GaN grown by plasma-assisted molecular beam epitaxy //Applied Physics Letters. -2000. -V. 77. P. 2855-2857.

43. Shen X. Q. Stability of N- and Ga-polarity GaN surfaces during the growth interruption studied by reflection high-energy electron diffraction // Applied Physics Letters. 2000. - V.77. - P. 4013-4015.

44. Keller S. Properties of N-polar AlGaN/GaN heterostructures and field effect transistors grown by metalorganic chemical vapor deposition // Journal of Applied Physics. 2008. V.103. - P. 033708-1 - 033708-4

45. Chu R. et al. Improved Performance of Plasma-Assisted Molecular Beam Epitaxy Grown AlGaN/GaN High Electron Mobility Transistors with Gate-Recess and CF4-Treatment //APEX. 2008. V.l. - p. 061101-1 - 061101-3.

46. Rajan et al. Power performance of AlGaN-GaN HEMTs grown on SiC by plasma-assisted MBE // Electron Device Letters . 2004,- V.25. - p.247 - 249.

47. Wong et al. High-Performance N-Face GaN Microwave MIS-HEMTs With > 70% Power-Added Efficiency // Electron Device Letters.- 2009. V.30. - P.802 - 804.

48. Wong et al. N-Face Metal-Insulator-Semiconductor High-Electron-Mobility Transistors With A1N Back-Barrier // Electron Device Letters.- 2008. V.29. - P. 1101 — 1104.

49. Y. Taniyasu, M. Kasu and T. Makimoto. An aluminium nitride light-emitting diode with a wavelength of 210 nanometres // Nature. 2006. - V. 441. - P.325-328.

50. J.H. Kim and P.H. Holloway. Near-Infrared-Electroluminescent Light-Emitting Planar Optical Sources Based on Gallium Nitride Doped with Rare Earths //Advanced Materials. 2005. - V. 17. - P. 91-96.

51. F. Bernardini ,V. Fiorentini and D. Vanderbilt Spontaneous polarization and piezoelectric constants of III-V nitrides // Physical Review B. 1997. - V.56. - P.1. R10024-R10027.

52. P. Waltereit, О. Brandt, A. Trampert, H.T. Grahn, J. Menniger, M. Ramsteiner, M. Reiche and K.H. Ploog. Nitride semiconductors free of electrostatic fields for efficient white light-emitting diodes // Nature (London). 2000. - V.406. - P. 865-.868

53. N.M. Ng. Molecular-beam epitaxy of GaN/AlxGaixN multiple quantum wells on R-plane (10-12) sapphire substrates //Applied Physics Letters. 2002. - V. 80. - P.4369-4372.

54. P.R. Taverni, B. Imer, S.P. DenBaars and D.R. Clarke. Growth of thick (11-20) GaN using a metal interlayer // Applied Physics Letters. 2004. - V.85. - P. 4630-4632.

55. Патент US 20060270087, МПК H01L21/00, Growth of planar non-polar {1100} m-plane GaN with MOCVD / Imer Bilge M, Speck James S ; Заявитель и патентообладатель Univ California. Опубл. 30. 11.2006.

56. A. Benjamin et.al. Microstructure and enhanced morphology of planar nonpolar m-plane GaN grown by hydride vapor phase epitaxy // Journal of Electronic Materials. -2005. V. 34. -N. 4. - P. 357-360.

57. B.A. Haskell et. al. Defect reduction in (1-100) m-plane gallium nitride via lateral epitaxial overgrowth by hydride vapor phase epitaxy // Applied Physics Letters. 2005. -V.86.-P.I 11917-1 - 111917-3.

58. D.F.Feezell, M.C.Schmidt, RM.Farrell, K.-C.Kim, M.Sakato, K. Fujito, D.A.Cohen, J.S.Speck, S.P.DenBaars, and S.Nakamura. AlGaN-Cladding-Free Nonpolar

59. GaN/GaN Laser Diodes // Japan Journal of Applied Physics. 2007. - V.46. - P. L284-L286.

60. H.P. Maruska and J.J. Tietjen. The preparation and properties of vapour-deposited single-crystal-line GaN //Applied Physics Letters. 1969. - V. 15. - P. 327 -329.

61. R. Dingle, K.L. Shaklee, RF. Leheny and R.B. Zerterstrom. Stimulated Emission and Laser Action in Gallium Nitride // Applied Physics Letters. 1971. - V. 19 - P.5-7.

62. J.I. Pankove, E.A. Miller, D. Richman, J.E. Berkeyheiser. Electroluminescence in GaN //Journal of Luminescence. 1971. - V.4. - P. 63-66.

63. Y. Ohki, et al. Fabrication and properties of a practical blue-emitting GaN// Institute of Physics Conference Series. 1981. - V. 63. - P. 479.

64. H. Amano, N.Sawaki, I.Akasaki, and Y.Toyoda. Metalorganic vapor phase epitaxial growth of a high quality GaN film using an A1N buffer layer // Applied Physics Letters. 1986. - V.48. - P.353-355

65. H. Amano, et.al. Stimulated Emission Near Ultraviolet at Room Temperature from a GaN Film Grown on Sapphire by MOVPE Using an A1N Buffer Layer// Japanese Journal of Applied Physics. 1990. - V.29. -P. L205-L206.

66. H. Amano, et.al. Growth and Luminescence Properties of Mg-Doped GaN Prepared by MOVPE // Journal of the Electrochemical Society. 1990. - V.137 -P.1639-1641

67. H. Amano, et.al. Fabrication and properties of GaN p-n junction LED // MRS Extended Abstract (EA-21).-1990. P.165

68. H. Murakami, et.al. Growth of Si-doped AlxGaixN on (0001) sapphire substrate by metalorganic vapor phase epitaxy //Journal of Crystal Growth. 1991. - V. 115. - P.648.651

69. S. Nakamura, et al. InGaN/GaN/AlGaN-Based Laser Diodes with Modulation-Doped Strained-Layer Superlattices //Japan Journal of Applied Physics. 1997. - V.36 -P. L1568-L1571.

70. S. Nagahama, et.al. High-Power and Long-Lifetime InGaN Multi-Quantum-Well Laser Diodes Grown on Low-Dislocation-Density GaN Substrates // Japan Journal of Applied Physics. 2000. - V.39. - P. L647-L650

71. S.Nakamura, G.Fasol. The blue laser diodes. // Berlin: Springer. 1998. - 368 p.

72. Y. Morkoc, Nitride Semiconductors and Devices // Berlin: Springer. 1999. -488 p.

73. Ю.Г. Шретер, Ю.Т. Ребане, B.A. Зыков, В.Г. Сидоров. Широкозонные полупроводники. // СПб.: Наука. 2001.- 125 с.

74. I. Akasaki Key inventions in the history of nitride-based blue LED and LD // Journal of Crystal Growth. 2007. - V. 300. - P.2-10.

75. C.-F. Lin, J.H. Zheng, Z.-J. Yang, J.-J. Dai, D,-Y. Lm, C.-Y. Chang, Z.X. Lai and C.S.Hong High-efficiency InGaN-based light-emitting diodes with nanoporous GaN:Mg structure // Applied Physics Letters. 2006. - V.88. - P.083121-1 - 083121-3.

76. Z.Ren, Q.Sun, S.-Y.Kwon, J.Han, K.Davitt, Y.K.Song, A.V.Nurmikko, W.Liu, J.Smart, L.Schowalter. AlGaN deep ultraviolet LEDs on bulk A1N substrates // Physica Status Solidi(c).- 2007. V.4. - P. 2482-2485.

77. Y. Taniyasu, M. Kasu and T. Makimoto. An aluminium nitride light-emitting diode with a wavelength of 210 nanometres // Nature. 2006. - V. 441. - P.325-328.

78. Z. Ye, X. Gu, J. Huang, Y. Wang, Q. Shao and B. Zhao. An ultraviolet photodetector based on GaN/Si // International Journal of Modern Physics B. 2002.1. V.16. — P.4310-4313.

79. S-J. Park, H-B. Lee, W.L. Shan, S-J. Chua, J.-H. Lee, S-H. Hahm. Schottky diodes fabricated on cracked GaN epitaxial layer grown on (111) silicon // Physica Status Solidi C. 2005. - V.2. - P.2559-2563.

80. X. Wang, X. Wang, B. Wang, H. Xiao, H. Liu, J. Wang, Y. Zeng, J. Li. High responsivity ultraviolet photodetector based on crack-free GaN on Si (111) // Physica Status Solidi C. 2007. - V.4. - P.1613-1616.

81. J.H. Kim, P.H. Holloway Near-Infrared-Electroluminescent Light-Emitting Planar Optical Sources Based on Gallium Nitride Doped with Rare Earths // Advanced Materials. 2005. - Volume 17. - Issue 1. - P. 91-96.

82. J.H. Kim and P.H. Holloway. Near-Infrared-Electroluminescent Light-Emitting Planar Optical Sources Based on Gallium Nitride Doped with Rare Earths //Advanced Materials. 2005. - V. 17. - P. 91-96.

83. T. Palacios , L. Shen, S. Keller, A. Chakraborty, S. Heikman, S.P. DenBaars, and U.K. Mishra. Nitride-based high electron mobility transistors with a GaN spacer // Applied Physics Letters. 2006. - V. 89. - P. 073508-1 - 073508-3.

84. Okamoto et al. Backside Process Considerations for Fabricating Millimeter-Wave GaN HEMT MMICs // The International Conference on Compound Semiconductor Manufacturing Technology "Sharing Ideas Throughout the Industry". 2010. - P.257.

85. F. Semond, P. Lorenzini, N. Grandjean and J. Massies. High-electron-mobility AlGaN/GaN heterostructures grown on Si(lll) by molecular-beam epitaxy // Applied Physics Letters. 2001. - V.78. - P.335-337.

86. J. Schalwig, G. Muller, U. Karrer, M. Eickhoff, O. Ambacher, M. Srutzmann, L. Gorgens, and G. Dollinger. Hydrogen response mechanism of Pt-GaN Schottky diodes // Applied Physics Letters. 2002. - V.80 - P.1222-1224.

87. C. Campbell Surface Acoustic Wave Devices for Mobile and Wireless Communications. Academic Press, San Diego, CA. - 1998 - 631 p.

88. Морган Д. Устройства обработки сигналов на поверхностных акустических волнах. М.: Радио и связь. - 1990. - 416 с.

89. King-Yuen Wong, Wilson Tang, Kei May Lau, and Kevin J. Chen. Surface acoustic wave device on AlGaN/GaN heterostructure using two-dimensional electron gas interdigital transducers // Applied physics letters. 2007. - V.90. - P.213506-1 - 2135063.

90. Cheol-Yeong Jang, Min-Jung Park, Eun-Ja Jung, Hyun-Chul Choi, Jung-Hee Lee and Yong-Hyun Lee. Device Characteristics of Radio Frequency Saw Filter Fabricated on GaN Thin Film // Journal of the Korean Physical Society. 2003. - V.42.- P.5480-5482.

91. S.Petroni, G.Tripoli, C.Combi, B.Vigna, M.De Vittorio, M.T.Todaro, G.Epifani, R.Cingolani, and A.Passaseo. Noise reduction in GaN-based radio frequency surface acoustic wave filters // Applied Physics Letters. 2004. - V.85. - P.1039-1041.

92. V. Cimalla, J. Pezoldt and О Ambacher. Group III nitride and SiC based MEMS and NEMS: materials properties, technology and applications // Journal of Physics D: Applied Physics. 2007. - V.40. - P.6386-6434.

93. JI. Белов. Частотные фильтры // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология,

94. Бизнес. 2004. - №5. - С.62 - 67.

95. S. Petroni, G. Tripoli, C. Combi, B. Vigna, M. De Vittorio, M.T. Todaro, G. Epifani, R. Cingolani and A. Passaseo. GaN-based surface acoustic wave filters for wireless communications // Superlattices and Microstructures. 2004. - V.36. - P.825-831.

96. Grajal Jesus, Calle Fernando, Pedros Jorge, Palacios Tomas. Voltage controlled saw filters on 2DEG AlGaN/GaN heterostructures // IEEE MTT-S International Microwave Symposium digest. 2004. V.l. -P.387-390.

97. T. Lalinsky, L. Rufer, G. Vanko, S. Mir, S. Hascik, Z. Mozolova, A. Vincze and F. Uherek. AlGaN/GaN heterostructure-based surface acoustic wave-structures for chemical sensors // Applied Surface Science. 2008. - V.255. - P.712-714.

98. K. Nishimura, N. Shigekawa, H. Yokoyama, and K. Hohkawa. Temperature Dependence of Surface Acoustic Wave Characteristics of GaN Layers on Sapphire Substrates // Japanese Journal of Applied Physics. 2005. - V.44. - N.18. - P.L564-L565.

99. H.T. Grahn, K.H. Ploog. Polarization properties of nonpolar GaN films and (In,

100. Ga)N/GaN multiple quantum wells // Applied Physics A. 2004. - V.78. - P.447^151.

101. R. C. Woods, X. Xu. Electromechanical coupling factor of epitaxial gallium nitride doped with magnesium // Journal of Material Science: Materials in Electronics. -2007. V.18. - P.S267-S270.

102. Chen Zhen et al. Surface Acoustic Wave Velocity and Electromechanical Coupling Coefficient of GaN Grown on (0001) Sapphire by Metal-Organic Vapour Phase Epitaxy // Chinese Physics Letters. 2001. - V.18. - P.1418-1419.

103. Suk-Hun Lee, Hwan-Hee Jeong, Sung-Bum Bae, Hyun-Chul Choi, Jung-Hee Lee, Young-Hyun Lee. Epitaxially grown GaN thin-film SAW filter with high velocity and low insertion loss // IEEE IEEE Transactions on Electron Devices. 2001. - V.48. -P.524-528.

104. Kazumi Nishimura, Naoteru Shigekawa, Haruki Yokoyama, Masanobu Hiroki and Kohji Hohkawa. SAW characteristics of GaN layers with surfaces exposed by dry etching // IEICE Electronics Express. 2005. - V.2. - N.19. - P.501-505.

105. Ковалев A.H. Эпитаксиальные гетероструктуры AlGaN/GaN для полевых транзисторов // Изв. Вузов. Материалы электронной техники. 2001- №2. - С. 4-10.

106. Monemar В., Bergman J., Dalforset J. et al. Radiative recombination in Ino.15Gao.85N/GaN multiple quantum well structures // MRS Internet Journal Nitride Semicondustors Res. -1999. -V.4. P. 16.

107. Ambacher O. Review article. Growth and application of Group Ill-nitrides. // J. Phys. D: Appl.Phys. 1998. - V.31. -P. 2653-2710

108. А.Г. Васильев, Ю.В. Колковский, Ю.А. Концевой СВЧ приборы и устройства на широкозонных полупроводниках // Москва: Техносфера, 2011. -416 с.

109. Sun Y., Eastman L. F. Large-signal performance of deep submicrometer AlGaN/AlN/GaNHEMTs with a field-modulating plate // IEEE Trans. Electron Dev. — 2005, —V 52.-P. 1689-1692.

110. Shen L., Heikman S., Moron B. et al. AlGaN/AlN/GaN high-power microwave HEMT // IEEE Electron Device Letters — 2001.-V. 22.-N 10. P. 457-459.

111. Rajan S et al. N-polar GaN/AlGaN/GaN high electron mobility transistors // Journal of Applied Physics.- 2007. V. 102.-P.044501-1 - 044501-6

112. Wong M.H. et al. N-face high electron mobility transistors with a GaN-spacer //

113. Physica Status Solidi (a). 2007. - V.204. - P. 2049- 2053.

114. Dasgupta S. et al. Ultralow nonalloyed Ohmic contact resistance to self aligned N-polar GaN high electron mobility transistors by In(Ga)N regrowth // Applied Physics Letters. -2010. V.96. - P. 143504-1 - 143504-3.

115. Cai S., Li R, Chen Y. et al. High performance AlGaN/GaN HEMT with improved ohmic contacts // Electronics Letters.- 1998.- V 34. P. 2354-2356.

116. Bardwell J., Liu Y, Rauhala S. et al. Effect of Various Pre-Treatments on Ti/Al/Ti/Au Ohmic Contacts for AlGaN/GaN HFET Devices // Phys. Status solidi (a). — 2001. V.188. - No 1.-P. 389-392.

117. Hasegawa H., Hashizume T. Properties of Surface States on GaN and Related Compounds and Their Passivation by Dielectric Films // MRS Symposium Proceedings. — 2002. N.743. - P. L2.6.

118. Vetury R., Zlang Q., Keller S., Mishra U. The impact of surface states on the DC and RF characteristics of AlGaN/GaN HFETs // IEEE Transactions on Electron Devices. 2001. -V.48. - P.560-566.

119. Khan M.A., Simin G, Yang J. etal. Insulating gate III-N heterostructure field-effect transistors for high-power microwave and switching applications // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2003. - V. 51. - N 2. - P. 624-633.

120. Adivarahan V., Gaevski M., Sun Wet al. Submicron gate Si3N4/AlGaN/GaN-metal-insulator-semiconductor heterostructure field-effect transistors // IEEE Electron Device Letters. — 2003. V.24. - N 9. -P. 541-543.

121. Moon J. S., Wu S. Wong D. et al. Gate-Recessed AlGaN-GaN HEMTs for High-Performance Millimeter-Wave Applications // IEEE Electron Device Letters. -2005.-V 26.-N6.-P. 348-350.

122. Chu K., Chao P., Pizzella M. et al. 9.4-W/mm power density AlGaN-GaN HEMTs on free-standing GaN substrates // IEEE Electron Device Letters. -2004.-V.25,-P. 596-598.

123. Inoue T, Ando Y, Miyamoto H. et al. 30-GHz-band over 5-W power performance of short-channel AlGaN/GaN heterojunction FETs // IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. 2005. - V.53.- N 1.- P. 74-80.

124. Ковалев J1.H. Успехи и проблемы создания полевых гетеротранзисторов на основе материалов АШВУ // Изв. Вузов. Материалы электронной техники. 2005.— №2, —с. 4-13.

125. Ковалев А.Н. Современные направления и проблемы создания полевых транзисторов на AlGaN/GaN —гетероструктурах // Известия Вузов. Материалы электронной техники. 2002. - № 2. - с. 4-14.

126. Ковалев Л.Н. Современные методы усовершенствования полевых AlGaN/GaN-гетеротранзистров // Известия Вузов. Материалы электронной техники. 2007.— №2. — с. 4-17

127. Yong Chen,. Douglas АА Ohlberg, Xuema Li, Duncan R. Stewart et al. Nanoscale molecular-switch devices fabricated by impint lithography // Applied Physics Letters. 2003. - V.82. - P.1610-1612.

128. Сейсян P. Нанолитография СБИС в экстремально дальнем вакуумном ультрафиолете // Журнал технической физики. 2005. - Т.75. - Вып.5. - С.1-13.

129. C.A.Volkert and A.M. Minor, Guest Editors Focused Ion Beam Microscopy and Micromachining // MRS BULLETIN 2007- V. 32 p. 389 - 399.

130. Nan Yao, Alexander К Epstein. Surface nanofabrication using focused ion beam // Microscopy: Science, Technology, Applications and Education. 2010. - V.3. - p. 2190-2199.

131. Wico С L Hopman, Feridun Ay, Wenbin Hu et al. Focused ion beam scan routine, dwell time and dose optimizations for submicrometre period planar photonic crystal components and stamps in silicon // Nanotechnology. 2007. - V.18 - P. 1953051 - 195305-11.

132. G.M. Wu, B.H. Tsai, S.F. Kung and C.F. Wu. Improved Light Extraction Efficiency by Photonic Crystal Arrays on Transparent Contact Layer Using Focused Ion Beams //Proceedings of the VIII International Conference ION 2010. 2011. - V. 120 -P. 140-143.

133. Патент US2007057196, МПК H01J37/20, Electron microscope and specimen stage positioning control method for the electron microscope / Matsushima Masaru; Заявитель и патентообладатель Hitachi high tech corp. 0публ.15.03.2007.

134. Патент RU2199171, МПК H01L41/09, Пьезосканер / Быков В.А., Иванов В.К., Саунин С.А.; Заявитель и патентообладатель ЗАО "НТ-МДТ".Опубл. 20.02.2003.

135. С.А. Дарзнек, Ж. Желкобаев, В.В. Календин, Ю.А. Новиков. Лазерный Интерферометрический измеритель наноперемещений // Труды института общей физики им. A.M. Прохорова. 2006. - Т.62. - С. 14-37.

136. О. А. Агеев, А.С. Коломийцев, Б.Г. Коноплев. Формирование наноразмерных структур на кремниевой подложке методом фокусированных ионных пучков // Известия вузов. Электроника. 2010 - №1. - С. 29-34.

137. J. Gierak, D. Mailly, P. Hawkes, R. Jede, L. Bardotti, R. Hyndman, C. Chappert, P. Warin, and other. Exploration of the ultimate patterning potential achievable with high resolution focused ion beams // Applied Physics A. 2005. - V.80. - P.187-194.

138. N. N. Gerasimenko, A. A. Chamov, N. A. Medetov, and V. A. Khanin. Specific Features of Relief Formation on Silicon Etched by a Focused Ion Beam // Technical Physics Letters. -2010. -V.36. -N.ll -P.991-993.

139. A. M. Ektessabi, T. Sano. Sputtering and thermal effect during ion microbeam patterning of polymeric films // Review of Scientific Instruments. 2000. - V.71. -P.1012-1015.

140. W.L. Liu and A.A. Balandin. Thermal conductivity in AlGaN alloy as a function of A1 mole fraction // Journal of Applied Physics. 2005. - V.97 - P.07310-1 -07310-6.

141. Zhou, Weilie; Wang, Zhong Lin. Scanning Microscopy for Nanotechnology

142. Techniques and Applications // Springer Verlag New York. - 2006. - Ch.8. - P.225-229.

143. Z. A. Munir, A. W. Searcy. Activation Energy for the Sublimation of Gallium Nitride // Journal of Chemical Phisics. 1965. - V.42. - P.4223-4228.